高模量瀝青混凝土配合比設計與應用

陳杜強

（梅州市公路局直屬分局，廣東 梅州514011）

1 引言

在瀝青混合料中添加高模量添加劑是提高瀝青混合料模量的有效手段之一，高模量瀝青混合料添加劑是一種能大幅度提高瀝青混合料模量的添加劑，一般為深灰色或黑色柱狀顆粒，生產和應用過程中易于貯存和長途運輸，使用方便，施工工藝簡單。該添加劑無須增設專用設備，可直接加入拌和樓中和瀝青混合料一起拌和，通過集料顆粒間的剪切作用將添加劑均勻分散在瀝青混合料中，攪拌得到的高模量瀝青混合料綜合表現良好，穩定性與模量較傳統材料有較大幅度的提高，能很好地解決路面車轍問題，增強路面抗車轍能力，為車輛提供安全通行環境。

廣東省梅州市省道S333線梅江區銀江隧道至龍坑段已建成多年，在長期行車荷載、高溫、多雨等多方面因素影響下，產生了車轍等不同類型和程度的病害，道路使用情況亟待改善。為做好S333線梅江區銀江隧道至龍坑段改造工程，提高瀝青路面的整體性能，筆者提出采用提高瀝青混合料模量這一措施來提高瀝青路面抗車轍能力。經過研究分析，上面層使用中粒式高模量瀝青混凝土，下面層為粗粒式SBS改性瀝青混凝土。本文在原材料及級配、配合比設計、路用性能、試驗路跟蹤4個方面開展高模量瀝青混凝土的應用研究。

2 原材料及級配

2.1 高模量瀝青混合料添加劑

試驗段采用的SIKSETH高模量瀝青混合料添加劑，外觀呈深色、固體、顆粒狀，具備全面提高瀝青混合料的綜合性能，顯著提高道路的耐久性、抗負載能力，能有效預防和解決路面高溫車轍、低溫凍裂、水損害和路面疲勞等常見路面病害，從而提高路面的整體使用性能。

經檢驗，高模量瀝青混合料添加劑的密度、粒徑和熔點均滿足相關技術要求。

2.2 骨料、瀝青

試驗段選擇的是茂名70#A級石油瀝青和SBS改性瀝青；粗集料為質量較好的玄武巖碎石，具體級配要求為10～20mm、5～10mm，均滿足相關規范要求。

2.3 礦料級配

試驗段中選擇的是AC-20礦料級配，具體配比要求為：（10～20mm）碎石∶（5～10mm）碎石∶（3～5mm）砂∶礦粉=34∶29∶36∶1。此外，注重對最佳油石比的控制，該值初步設定為4.5%。

3 瀝青混合料目標配合比設計

瀝青混合料拌制過程中，合理控制高模量添加劑用量具有重要意義，通過研究高模量劑在不同使用條件下對于混合料整體性能的作用機制，通常高模量添加劑以瀝青混合料總量的0.3%～0.5%為準，本試驗段從技術可行性以及經濟性等角度出發，并綜合考慮廠家給出的使用建議，將瀝青混合料總重的0.30%作為高模量添加劑的用量控制標準。

采用馬歇爾配合比設計方法，成型試件并測試密度、孔隙率、穩定度、瀝青飽和度等指標。拌和過程溫度設定為：集料溫度180℃，拌和溫度維持在175℃，最后的擊實環節溫度設定為165℃。試驗中做好各項信息的記錄工作，整理所得結果，具體內容見表1。

表1馬歇爾試驗實測最佳油石比結果

結合上述實驗結果，對比分析高模量改性劑對瀝青混合料性能的影響：最佳瀝青用量維持原狀態并未發生變化，主要與高模量添加劑用量相對較少有關，相比之下單位體積僅存在微小變化，在高溫環境中攪拌后，大部分高模量添加劑的分布狀態隨之改變，主要附著在集料表面，此條件下瀝青與骨料可形成更為穩定的黏結狀態，因此并未占用過多瀝青。伴隨較明顯的密度提高趨勢，以相同的擊實次數為條件，可以得知在高模量添加劑的作用下拌制所得的混合料密度有所提高，此類摻料的密度較小，因此，并不會造成整體密度明顯變化的情況，但并不影響其發揮出顯著的黏附和嵌擠作用，由于存在較明顯的骨料嵌擠作用，因此其體積隨之縮小，具有更高的密實度，此情況下骨料也更易于實現緊密的連接，產生的間隙有效縮小，以不改變瀝青用量為前提，通過摻入少量高模量添加劑的方式可以提高試件密度。

4 高模量瀝青混合料路用性能分析

4.1 模量試驗

利用上文的最佳配合比進行瀝青混合料模量試驗（15℃、10Hz），測得在添加0.3%高模量改性劑的瀝青混合料的模量為17 265MPa，滿足高模量瀝青混合料模量≥14 000MPa的要求。

4.2 高溫穩定性試驗

根據研究資料及工程經驗可知，瀝青混凝土路面的性能受到溫度的影響較大，伴隨溫度的提高，其具備的強度和模量表現出持續減小的趨勢，表明在夏季高溫環境中瀝青路面的性能易發生波動，為提高其對于高溫的抵抗力，不因行車荷載的作用而發生車轍等質量問題，就必須從瀝青混合料的性能入手，提高其高溫穩定性，換言之，盡管路面受到大量的荷載作用，其依然要有效地抵抗永久變形。

對此，通過車轍試驗段的方式可幫助工程人員更為全面地掌握車轍形成機制，其方法在國內外工程領域均得到高度認可。為研究高模量改性劑對瀝青混合料的高溫性能的應用，本次試驗中，將高模量添加劑的摻入量設定為0%～0.4%，以0.1%為間隔，在特定溫度下展開試驗，得到瀝青混合料動穩定度關系曲線（見圖1）。

由圖1可知，瀝青混合料的穩定度隨著高模量改性劑量的增加不斷提高，當高模量改性劑添加量為0.4%時，混合料穩定度達到了12 000次/mm。

圖1高模量改性劑摻量和動穩定度關系曲線

4.3 混合料性能對比

為更好地對比分析高模量瀝青混合料的路用性能，本試驗采用前文提到的玄武巖集料、AC-13級配、SBS改性瀝青和70#基質瀝青，按照試驗規程，對比3種瀝青混合料的動穩定度、劈裂強度比和低溫彎拉破壞應變。

根據試驗結果得知，以瀝青混合料為基礎，向其中摻入適量的高模量添加劑后，整體的抗車轍能力得到顯著的提高。從此現象的原因來看，主要與該摻料優良的吸附能力和穩定能力有關，有助于改善瀝青的黏稠度，使其具有更強的黏聚力。此外，在纖維加筋作用的支持下，將混合料的抗車轍能力提高至全新的層次。

可以看出，高模量添加劑是一種性能良好的外摻型改性劑，能大幅度提高AC-13瀝青混合料的高溫抗車轍性能，同時對瀝青混合料的抗水損和抗低溫凍裂性能有明顯的改善作用，完全滿足國家JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》【1】質量要求。

5 試驗路段跟蹤

現場對省道S333線梅江區銀江隧道至龍坑段路面改造完成后，對高模量瀝青混合料試驗路段進行跟蹤，對其展開定期觀察，由觀察結果可知，試驗段路面的綜合性能得到顯著改善，具有優良平整度，通過平整度檢測車等相關裝置的檢測結果可以得知，路面的抗車轍能力顯著提高，同時，在防水方面的表現也完全滿足預期要求，路面綜合性能良好，可為車輛的通行提供更加舒適、安全的環境。

6 結語

本文分析了省道S333線梅江區銀江隧道至龍坑段的使用情況，為改善道路使用性能，引入高模量瀝青混合料，選取優質原材料，進行馬歇爾配合比試驗，確定AC-13高模量瀝青混合料最佳配合比：瀝青含量4.8%，高模量改性劑添加量為0.3%，并通過路用性能試驗的對比研究，發現在摻入高模量添加劑的情況下，原本瀝青混合料性能偏低的問題得到改善，高溫穩定性良好，提高了路面的抗車轍能力，水穩定性和低溫性能也有所改善。通過對試驗路的跟蹤觀察，發現高模量瀝青混合料應用效果良好，可在后期類似路面工程中推廣應用。